华北电力大学
综合实践报告
( 2018-- 2019 年度第一学期)
名 称： 机电系统综合实践
院 系： 机械工程系
班 级： 机电 1502 班
学 号：
学生姓名：
指导教师：
设计周数： 分散进行（2 周）
成 绩：
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训练项目一 机电一体化系统综合控制实践
1 机电一体化系统综合控制实践实验系统
实验系统可根据教学实践的需要实现 MCS51/MCS196 单片机原理与接口、8088/8086 微机原理与接口
的一系列实验，并在硬件上预留了自主开发实验的空间。对基本实验仅需连少量连接线就可完成。同时也
提供了需较多连线的扩展性实验，以进一步锻炼我们的实践开发能力。此外，系统还为我们提供了强大的
软、硬件调试手段。
1.1 硬件电路组成
本实验系统主机上有丰富的实验电路模块和灵活的组成方法，既可以和 MCS51、MCS96 CPU 也可以
和 8088／8086CPU 组合完成各种实验。本实验仪成功高档通用仿真器所具有的逻辑分析仪、波形发生器
和程序跟踪器等强大的分析功能，让学生在做实验时不仅能了解程序的执行过程，更能直观地看到程序运
行时的时序或者电路上的信号。
1.1.1 LED 电平显示电路
实验仪上装有 8 只发光二极管及相应驱动电路。如
图 1-1 所示，L0-L7 为相应发光二极管驱动信号输入端，
该输入端为高电压电平“1”时发光二极管点亮，有红
色、绿色和黄色三种颜色的放光二极管。我们可以通过
P1 口或 8255 对其直接进行控制，点亮或者熄灭发光二极
管。
1.1.2 六位 LED 数码显示器与 4×6 键盘电路
本实验仪的 LED 显示电路和键盘电路如图 1-2 所示，电路中 VC 表示接+5V，GD 表示接 GND。显示
电路和键盘电路可以工作在内驱和外驱两种方式，内驱是用 CPU 总线方式驱动，通过总线读写外部设备
的地址来控制显示和读入键盘码。外部驱动方式是直接用 I/O 方式驱动八段显示的段码、位码和键盘按键
信息，这里的 IO 控制可以用 CPU 的 IO 口来实现控制，也可通过 8255 等 IO 扩展电路来控制。内驱、外
驱由板上的拨动开关控制。
内驱方式：将拨动开关拨到“内驱”位置，显示和键盘工作于内驱方式 ，显示控制的位码通过总线
由 74HC374 输出，经 ULN2003 反向驱动后，做 LED 的位选通信号。位选通信号也可做为键盘列扫描码，
键盘扫描的行数据从 74HC245 读回，374 输出的列扫描码经 245 读入后，用来判断是否有键被按下，以及
图 1-1 LED 电平显示电路
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按下的是什么键。如果没有键按下，由于上拉电阻的作用，经 245 读回的值为高，如果有键按下，374 输
出的低电平经过按键被接到 245 的端口上，这样从 245 读回的数据就会有低位，根据 374 输出的列信号和 245
读回的行信号，就可以判断哪个键被按下。LED 显示的段码由另一个 74HC374 输出。
键盘和 LED 显示电路的地址译码见图，做键盘和 LED 实验时，需将 KEY/LED CS 接到相应的地址
译码上。位码输出地址为 0X002H，段码输出地址为 0X004H，键盘行码读回地址为 0X001H，此处 X 是地
址高四位,由 KEY/LED CS 决定。
外驱方式：将拨动开关拨到“外驱”位置，八段显示和键盘工作于外驱方式，八段管的段码控制由输
出端口输出到 A~H 插孔。G0~G5 是八段管的位码，同时也是键盘列扫描信号，IO 口输出的信号一方面可
以点亮一位八段管，另一方面向键盘输出列扫描信号。K0~K3 是键盘行信号，IO 口可以从这里读到键盘
按下的信息，与列扫描一起可以判断是哪个键被按下。
本次实验采用内驱方式驱动键盘电路。本次实验将 KEY/LED CS 接到地址译码的 CS0 上，那么位码
OUTBIT 输出地址就为 08002H，段码输出地址 OUTSEG 就是 08004H，键盘行码读回地址 KEYIN 为
08001H。
1.1.3 8255 端口扩展电路
实验仪含有一片可编程并行输入/输出接口芯片 8255，用于控制一些执行电路。本次试验中，PA 口用
图 1-2 六位 LED 数码显示器与 4×6 键盘电路
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于控制 LED 电平显示电路，模拟空调的加热与冷却，工作方式为方式一输出，PA0 连接绿色 LED 二极管
表示冷却中，PA1 连接红色 LED 二极管表示加热中；PB 口连接步进电机控制电路，利用 PB0~PB3 控制
四相步进电机，工作方式为方式一输出。其电路图如图 1-3 所示，其片选端连接 CS1，故 PA~PC 口地址为
9000~9002H，其控制口地址为 9003H。
1.1.4 A/D 转换电路
实验仪上有一个 0～5V 的可调电位器，将可变电压输出端接入 A/D 转换电路的输入端，通过 CPU 软
件处理，读进 A/D 转换值，再将转换值送数码管显示。我们可以调节电位器，使之输出不同电压值，通过
数码管的显示，检验 A/D 转换正确与否。其电路图如图 1-4 所示，其中 IN0 与电位计连接，用于模拟空调
温度，EOC 与 P1.0 连接用于判断 A/D 转换是否完毕，A/D_CS 与 CS2 连接，故 ADC0809 的地址为
0A000H。
1.1.5 步进电机控制电路
实验仪中含有四相步进电机，由 ULN2003A 反向驱动，
该驱动芯片由 8255PB 口控制。步进电机驱动电路
1.1.6 地址译码插孔
片选插孔与地址译码关系如表 1-1 所示。
1-1 片选插孔与地址译码关系
片选号
地址范围
片选号
地址范围
CS0
08000H～08FFFH
CS4
0C000H～0CFFFH
图 1-3 8255 端口扩展电路
器与 4×6 键盘电路
图 1-4 8255 端口扩展电路
器与 4×6 键盘电路
图 1-5 步进电机控制电路
器与 4×6 键盘电路
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CS1
09000H～09FFFH
CS5
0D000H～0DFFFH
CS2
0A000H～0AFFFH
CS6
0E000H～0EFFFH
CS3
0B000H～0BFFFH
CS7
0F000H～0FFFFH
机电一体化系统综合控制实践硬件电路总图见附件 1。
1.2 实验调试软件
1.2.1 Proteus 仿真调试
Proteus 是英国 Labcenter Electonics 公司开发的 EDA 工具软件。该软件具有原理布图、PCB 设计及
自动布线和电路的分析与仿真功能，可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户
甚至可以实时采用诸如 IED/LCD、键盘、RS232 终端等动态外设模型来对设计进行交互式仿真。Proteus
具有功能很强的 ISIS 智能原理图输人系统，有丰富的操作菜单与工具。在 ISIS 编辑区中，能方便地完成
单片机系统的硬件设计，软件设计，单片机源代码级调试与仿真。Proteus 有三十多个元器件库，数千种
元器件仿真模型，十余种信号激励源，十余种虚拟仪器仪表。特别是有从 8 位单片机 8051 系列直至 32
位单片机 ARM7 系列的多种单片机类型库。
在编程过程中，现将初步写好的程序，输入 KeilC 软件编译，形成可供 Proteus 仿真的 hex 文件。在 Proteus
中绘制硬件电路，如附件 1 所示。将程序导入 Proteus 后，观察模拟现象，若与实验要求不符，则采用单
步调试方式，单步运行程序，诊断出程序的症结，以便进行针对性修改。调试过程中可以发现，八段数码
管的动态显示不能很好地展现出来，这需要现场实验时，再行验证。
1.2.2 伟福仿真软件调试
与实验仪相匹配的调试软件是伟福仿真调试软件。该软件中，同样存在单步运行、断点运行和全速运
行模式，结合实验仪，我们可以更方便地调试程序，并观察到清楚的实验现象。在实际实验时，八段数码
管的亮度，可以让我们发现数码管在程序中被点亮的次数多少，从而决定调试程序时的运行方式。
2 空调温度控制模拟实验
2.1 实验要求
利用实验仪上显示电路，键盘电路，A/D 变换电路，完成类似空调恒温控制实验，可以利用实验仪上
的电位器模仿温度变化，加热和致冷电机可以用发光管代替。要求可以用键盘设定恒温温度，当外界温度
超过设定温度+/-2℃时，就要启动加热或致冷电机。
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